Ruslan Yunusov, RCC - cu privire la algoritmii post-cuantice, calendarul apariției computerelor cuantice și evoluțiile rusești

Ruslan Yunusov - Directorul general al Centrului Quantum al Rusiei. Promovat cu onoruri fizice

Facultatea de la Universitatea de Stat din Moscova. Și-a continuat cariera științifică într-o școală postuniversitară la Institutul de Chimie Biologică, numit după N. M. Emanuel de la Academia de Științe din Rusia, unde și-a susținut teza. A lucrat ca lider în domeniul complexelor de combustibil și energie, precum și în companii de investiții și inovare.

CCR - o organizație de cercetare care o conducecercetării fundamentale și aplicate în domeniul fizicii cuantice, se angajează în crearea și comercializarea de noi tehnologii și dispozitive bazate pe utilizarea efectelor cuantice. Specialiștii dezvoltă senzori suprasensibili, microresonatoare optice, elemente ale calculatoarelor cuantice (qubits), precum și sisteme de criptografie cuantică și altele. În 2016, Centrul a fost primul din Rusia care a lansat o conexiune absolut securizată în linii comerciale, în mai 2017 - prima rețea multi-nod cuantică a țării și primul blockchain cuantic din lume.

Procesor cuantic, evoluții rusești și stack

- Care este foaia de parcurs pentru dezvoltarea tehnologiilor cuantice?

- Foaia de parcurs include trei principalesubtehnologii: calculul cuantic, adică calculatorul cuantic, comunicațiile cuantice și senzorii cuantice. Dacă vorbim în termeni de maturitate, comunicările cuantice sunt astăzi cele mai competitive în țara noastră, comparativ cu soluțiile din lume. În ultimii trei ani, am reușit să reducem în mod semnificativ decalajul dintre lideri și acum ne ocupăm de acestea. Sarcina până în 2024 este de a face o soluție de clasă mondială și de a intra pe piețele globale, să vândă un dispozitiv acolo. Obiectivul nostru, despre care vorbim, este de 8% din piața mondială.

- RCC dezvoltă toate cele trei domenii pe care le-ai menționat?

- Parțial. În comunicațiile cuantice avem echipa noastră, dar în Rusia există alte două grupuri de cercetare. În calculul cuantic, dezvoltăm câteva părți ale acestui câmp larg, dar nu toate. Dacă vorbim despre calculul cuantic, mulți oameni nu înțeleg destul de bine formularea problemei. Pentru a rezolva o problemă pe un computer cuantic, nu este suficient să ai doar un procesor cuantic. Trebuie să reușiți să o gestionați și apoi trebuie să aveți un sistem de operare condiționat, algoritmi - pentru a rezolva întregul teanc.

- Care sunt sarcinile acum, dacă vorbim despre un computer - pentru a mări timpul de viață al cuțitului? Dacă luăm în considerare exemplul unui computer IBM.

- Vezi, ce spui acum esteîntrebare de nivel înalt, hardware. Cum se construiește procesorul în sine, astfel încât să funcționeze în mod normal. Și există mai multe baze tehnologice diferite pe care să le construiți - superconductivitatea sau atomii reci și ionii reci. Nu este clar care dintre ei va câștiga în cinci ani.

- Va ajunge la o singură soluție, nu vor fi toate tehnologiile disponibile pe piață în același timp?

- Cel mai probabil, mai devreme sau mai târziu va veni la cevaunul. De ce? De exemplu, procesoare clasice - toate construite pe aceeași tehnologie. Deși teoretic ar putea fi diferit. Există mai multe motive pentru aceasta - investiții, eficiență și așa mai departe. Doar acum nu este clar ce tehnologie va câștiga. Există probleme tehnologice cu qubits supraconductori, de exemplu durata de viață, dar aceasta nu este singura întrebare. Precizia scrisului și citirii este, de asemenea, foarte importantă. Și apoi - cum să construiți un sistem scalabil suficient de mare. Aceasta este întrebarea principală. Există mulți parametri care trebuie abordați. Imaginați-vă că ați construit un procesor bun. Calculatorul dvs. nu va funcționa pe un singur procesor. De asemenea, avem nevoie de algoritmi de corecție a erorilor, coduri de corecție, algoritmi de rezolvare a problemelor, sistemul de operare în sine, un limbaj de programare, o interfață pentru industrie, astfel încât să puteți descărca sarcina și să găsiți o soluție.

- Poate fi construit simultan cu procesorul?

- Bineînțeles, acest lucru este făcut. De exemplu, oamenii scriu limbi de programare pentru un computer cuantic abstract. Sau algoritmi cuantice pentru factoring numere, altceva - ele sunt în general făcute pentru un computer cuantic abstract, așa-numitul universal. Când oamenii scriu software-uri, programe la nivel înalt, nu cred că pe ce procesor se va face, scriu la nivel logic. În mod similar, algoritmii sunt dezvoltați la nivel logic.

Computerele cuantice vor veni chiar și în agricultură

- Poți să ne spui despre senzorii cuantice?

- Un exemplu de senzor cuantic -Calculator cuantic superconductor Ca un qubit, el folosește un astfel de lanț în starea superconductoare. Și problema timpului vieții este că orice tulburări externe distrug această stare. Dacă aceeași construcție este folosită ca detector de câmpuri externe care o distrug, atunci câmpurile magnetice pot fi măsurate foarte precis. Măsurătorile cele mai exacte ale câmpurilor magnetice se efectuează doar cu ajutorul aceleiași tehnologii qubit, numai într-o încarnare diferită. Se pot folosi atomi separați - de exemplu, atomii de azot plasați într-un cristal de diamant. Ele sunt atât de izolate încât pot măsura aceleași câmpuri magnetice, sau temperatura, sau gravitatea. În laboratoare, acest lucru se întâmplă deja, dar este necesar să se treacă la produse industriale. Acestea vor fi senzori foarte mici, eficienți energetici și sensibili.

- La sfârșitul briefării, ați spus că este cuantumultehnologia va veni în toate ramurile. Și de ce sunt în toate industriile? Ați desenat o analogie cu computerele obișnuite, dar în multe industrii computerele obișnuite rezolvă toate problemele.

- Da, dar când apar computerele obișnuite, nu erau necesare în toate industriile. Acum 50 de ani, nu toată lumea avea nevoie de calculatoare și oamenii au spus: da, nu am nevoie de el. Și astăzi nu există o astfel de industrie ...

- Credeți că același lucru se va întâmpla cu cel cuantic?

- Când mai aveți putere, capapar noi provocări. Și aici, de exemplu, inteligența artificială - unde este necesar, peste tot sau nu? Da, aproape peste tot. Așa cum devine mai accesibil, simplu, integrat și rezolvă o clasă mai largă de probleme, va fi folosită peste tot. Un computer cuantic este ca o tehnologie care oferă o soluție la diferite probleme. Pe măsură ce se dezvoltă această tehnologie, va veni în agricultură, sectorul industrial și sectorul bancar.

- Ați spus despre anul 2024. Dar dacă vorbim despre accesibilitatea tehnologiilor pentru afaceri, chiar și cele mari, atunci ce termeni putem vorbi despre când astfel de tehnologii pot fi oferite de companii?

- Există o problemă - nu este clar cât de mult este nevoietimp pentru a rezolva problemele tehnologice de scalare a unui calculator cuantic. Poate trei ani, poate mai mult. Uneori, se întâmplă, ajungeți la etapa de implementare și vedeți o problemă tehnică, a cărei soluționare va dura mai mulți ani. Se întâmplă să te miști în mod normal. În timp ce mișcarea pare să meargă, dar nu este evidentă. Prin urmare, la o orizont de cinci ani, se așteaptă ca soluțiile rentabile să fie oferite.

Despre acces - nu va trebui să cumpere toată lumeacomputerul cuantic pentru a încerca capacitățile de calcul cuantic. Deja, pentru a testa tehnologia, IBM oferă accesul la nor în computer. Și aici propunem, în cadrul foii de parcurs, să ne îndreptăm către crearea unei platforme de tip cloud. Pentru ca toată lumea să poată testa tehnologia revoluționară fără a cumpăra un computer

- Deci, va fi un calculator construit, de exemplu, la RCC, la care pot accesa alte organizații?

- Nu neapărat în CRC, poate fi oriundeconstruit de Iar ideea principală este că această platformă va avea acces la diferite computere. Deoarece acum există computere universale cuantice, simulatoare, există algoritmi clasici inspirați cuantic, există doar calculatoare clasice. Și în funcție de natura și complexitatea sarcinii, este trimis pentru erori la sistemul corespunzător. La fel ca acum, avem un procesor, un co-procesor înăuntru și există și un procesor grafic. Și pe ce este sarcina, sistemul determină unde să-l trimită pentru a rezolva. Deci este aici: în funcție de sarcină, platforma ar trebui să înțeleagă unde este mai bine să încerce să o rezolviți. Și pentru a lucra nu cu un computer, dar cu mai multe, și, de asemenea, cu simulatoare.

"Când apare un computer cuantic, se pot sparge toate sistemele de criptare." Suntem pregătiți pentru acest moment?

- Comunicațiile cuantice protejează împotriva acestui lucru. În Rusia s-au dezvoltat soluții adecvate, în special, de către filiala noastră Qrate, așa-numitele instalații de distribuție a cheilor cuantice. Dacă mâine apare această problemă, nu va fi rezolvată într-o singură zi, deoarece este nevoie de timp pentru infrastructură. În plus, există încă noi tipuri de algoritmi - așa-numitele algoritmi post-cuantice - și ei încă nu au fost implementați. Facem eforturi pentru a satisface aspectul computerelor cuantice complet înarmate.

Comunicații cuantice - rețele de comunicații care protejează transmisedate folosind legile fundamentale ale mecanicii cuantice. Acestea sunt o implementare practică a așa-numitei criptografii cuantice. Acestea constituie un element important al sistemelor de calcul cuantic și de criptografie. Permiteți transportul informației între sistemele cuantice fizic separate. În calculul distribuit, nodurile de rețea dintr-o rețea pot procesa informații prin executarea funcției de porți cuantice. Transferul securizat de date poate fi implementat folosind algoritmi de distribuție cheie.

Post criptografie cuantică - o parte din criptografie care rămâne relevantăcu apariția de computere cuantice și atacuri. Deoarece calculatoarele cuantice sunt mult superioare arhitecturilor computerizate clasice în calculul algoritmilor tradiționali criptografici, sistemele criptografice moderne sunt potențial vulnerabile la atac. Majoritatea sistemelor criptosisteme tradiționale se bazează pe problema factorizării numerelor întregi sau a problemelor logaritmice discrete, care vor fi rezolvate cu ușurință pe computerele cuantice suficient de mari folosind algoritmul Shor.

- Spui că tehnologiile cuantice vor începe să fie introduse în afacere în termen de cinci ani?

- Computerele vor apărea la orizont de cinci ani,care va începe să rezolve primele probleme rentabile. Aceasta este sarcina factorizării - una dintre cele mai dificile, nu va fi rezolvată în prima etapă. Pentru aceasta, de exemplu, este nevoie de mai multă putere decât de modelarea unor prime materiale. Cerințele pentru problemele de optimizare, probabil mai puțin decât pentru factorizare. Adică, există acum câteva duzini de algoritmi cuantice care rezolvă diferite probleme. Shor algoritmul, care face factorizarea care va hack, este destul de exigent.